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L’immunité innée dans le diabète sucré

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Academic year: 2021

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L’immunité innée dans le diabète sucré

Yannick Simoni

To cite this version:

Yannick Simoni. L’immunité innée dans le diabète sucré. Médecine humaine et pathologie. Université René Descartes - Paris V, 2013. Français. �NNT : 2013PA05T074�. �tel-00944309�

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Université Paris 5 René Descartes

Ecole doctorale GC2ID

Spécialité : Immunologie

THESE

Pour obtenir le grade de

DOCTEUR DE L’UNIVERSITE PARIS 5 RENE DESCARTES

L’immunité innée dans le diabète sucré

Présentée et soutenue publiquement le 26 novembre 2013 par

Yannick Simoni

Directeur de thèse : Dr. Agnès Lehuen

Devant un jury composé de :

Pr. Christian Boitard

Président du jury

Dr. Stéphanie Hugues

Rapporteur

Dr. Bertrand Dubois

Rapporteur

Dr. Sylvaine You

Examinateur

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REMERCIEMENTS

Je tiens à remercier le Pr Christian Boitard qui me fait l’honneur de présider cette thèse.

Je remercie également le Dr Stéphanie Hugues et le Dr Bertrand Dubois pour avoir accepté d’évaluer mon travail et pour l’attention qu’ils ont su y porter.

Merci aussi au Dr Sylvaine You et le Dr Nicolas Venteclef qui ont bien voulu examiner ce travail.

Je tiens à remercier mon directeur de thèse , le Dr Agnès Lehuen pour m’avoir accueillie dans son laboratoire et pour m’avoir permis de réaliser cette thèse.

Je remercie aussi vivement les membres de mon équipe : Liana Ghazarian, Lucie Beaudoin, Karine Pingris, Michael Gesnon et Julie Gayet.

Je tiens aussi à remercier l’ensemble des membres de mon unité : Matthieu, Gigi, Slobodan, Anna, Magalie, Roberto, Chantal, Sophie, Sandrine, Isabelle, Rachid, Marion, Sara, Asma et Martine.

Merci au CORRDIM pour l’attribution de ma bourse de thèse. Merci à l’EFIS et au CFCD pour l’attribution d’une bourse de voyage.

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RESUME

Le diabète de type 1 (T1D) est une maladie auto-immune caractérisée par la destruction des cellules β du pancréas par les lymphocytes T auto-réactifs. Durant ma thèse, nous nous sommes intéressés au rôle des cellules de l’immunité innée dans le T1D à l’aide d’un modèle murin de la maladie : la souris NOD. Au contraire des cellules du système adaptatif (lymphocytes T et B), les cellules de l’immunité innée constituent la première ligne de défense de l’organisme lors d’une infection. Cette population est constituée entre autre de neutrophiles, cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDC), macrophages, mais aussi de lymphocytes T et B non conventionnels tel que les cellules iNKT et B-1a.

Précédemment, notre laboratoire a mis en lumière le rôle des lymphocytes iNKT dans le développement du T1D. Durant la première partie de ma thèse, nous avons démontré que les lymphocytes iNKT17, une sous-population des lymphocytes iNKT, ont un rôle délétère dans le T1D chez la souris NOD. Ces cellules infiltrent le pancréas et y produisent de l’IL-17, une cytokine pro-inflammatoire. Grâce à des expériences de transferts, nous avons mis en évidence que les lymphocytes iNKT17 exacerbent la maladie via la production d’IL-17. Dans la deuxième partie de ma thèse, nous nous sommes intéressés aux mécanismes qui induisent l’activation des lymphocytes T auto-réactifs. Nous avons observé chez la souris NOD, que la mort physiologique des cellules β conduit à l’activation de cellules de l’immunité innée : les neutrophiles, les lymphocytes B-1a et les pDC. La coopération entre ces cellules conduit à l’activation des pDC qui produisent de l’IFNα. Cette cytokine active les lymphocytes T auto-réactifs qui vont détruire les cellules β du pancréas.

Nos résultats montrent que l’immunité innée est un acteur important dans la physiopathologie du diabète sucré.

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PUBLICATIONS

Cette thèse est basée sur les articles suivants:

- Crosstalk between neutrophils, B-1a cells and plasmacytoid dendritic cells initiates autoimmune diabetes.

Diana J, Simoni Y, Furio L, Beaudoin L, Agerberth B, Barrat F, Lehuen A.

Nature Medicine. 2013

- Therapeutic manipulation of NKT cells in autoimmunity: Are we close to reality? Simoni Y,Diana J, Ghazarian L, Beaudoin L and Lehuen A.

Clin. Exp. Immunol. 2013

- NOD mice contain an elevated frequency of iNKT17 cells that exacerbate diabetes. Simoni Y, Gautron AS, Beaudoin L, Bui LC, Michel ML, Coumoul X, Eberl G, Leite-de-Moraes M, Lehuen A.

Eur. J. Immunol. 2011

- Innate immunity in type 1 diabetes.

Diana J, Gahzarian L, Simoni Y, Lehuen A.

Discovery medicine 2011

Articles non inclus dans la thèse:

- Plasmacytoid dendritic cells license regulatory T cells upon iNKT cell stimulation preventing autoimmune diabetes

Beaudoin L, Diana J, Simoni Y, Ghazarian L, Lehuen A

Submitted

- Rôle régulateur des lymphocytes NKT dans la prévention du diabète de type 1 Ghazarian L, Simoni Y, Beaudoin L, Pingris K Lehuen A

Medecine&sciences 2013

- Prevention or acceleration of type 1 diabetes by viruses. Ghazarian L, Diana J, Simoni Y, Beaudoin L, Lehuen A

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Dans un souci de clarté, cette thèse est divisée en deux parties distinctes. La première partie traite de l’immunité innée dans le diabète de type 1, la seconde partie de l’immunité innée dans le diabète de type 2.

La première partie est divisée en deux chapitres. Le chapitre 1 s’intéresse aux lymphocytes iNKT17, le chapitre 2 aux pDC, neutrophiles et lymphocytes B-1.

La seconde partie se compose du chapitre 3 et s’intéresse aux lymphocytes MAIT. Chacun de ces chapitres possède sa propre discussion.

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TABLE DES MATIERES

Préambule

Le diabète sucré ... 15

Diabète de type 1, diabète de type 2 : différences et similarités ... 17

I-0 Introduction : Le diabète de type 1 I-0.a Caractéristiques du T1D ... 21

I-0.b Facteurs génétiques ... 25

I-0.c Facteurs environnementaux ... 28

I-0.d La souris NOD : Un excellent modèle du T1D ? ... 33

I-1 Chapitre 1 : Rôle des lymphocytes iNKT17 I-1.1 Introduction I-1.1a Les lymphocytes iNKT ... 37

I-1.1b Les lymphocytes iNKT et le T1D ... 39

I-1.1c IL-17 et T1D ... 40

I-1.2 Article ... 43

I-1.3 Discussion ... 61

I-2 Chapitre 2 : Rôle des pDC, neutrophiles et lymphocytes B-1 I-2.1 Introduction I-2.1a Les pDC dans le T1D ... 67

I-2.1b Les lymphocytes B-1 dans le T1D ... 73

I-2.1c Les neutrophiles ... 75

I-2.1d IFNα et T1D ... 78

I-2.1e La mort des cellules β ... 79

I-2.2 Article ... 81

I-2.2 Discussion ... 113

I-3 Conclusion ... 117

Partie II II-0 Introduction : Le diabète de type 2 II-0.a Caractéristiques du T2D ... 121

II-0.b Le T2D : une maladie auto-inflammatoire ? ... 125

II-0.c La flore intestinale dans le T2D ... 127

II-3 Chapitre 3 : Rôle des lymphocytes MAIT II-3.1 Introduction II-3.1 Les lymphocytes MAIT ... 129

II-3.2 Résultats ... 133

II-3.3 Discussion ... 139

Préambule

Partie I

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12

Revues

Revue 1 : L’immunité innée dans le diabète de type 1 ... 143 Revue 2 : Manipulation thérapeutique des cellules NKT

dans l’auto-immunité : Sommes-nous proche de la réalité ? ... 153

Conclusion…… ... 165

Revue

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ABREVATIONS

APC: antigen presenting cell BB: rat biobreeding

BM: bone marrow

CCL: C-C chemokine ligand CCR: C-C chemokine receptor cDC: conventional dendritic cell

CXCL: chemokine (C-X-C motif) ligand CXCR: chemokine (C-X-C motif) receptor CMH: Complexe majeur

d’histocompatibilité DC : dendritic cell

EAE: experimental autoimmune encephalomyelitis

Flt3L: fms-like tyrosine kinase 3 ligand GM-CSF: granulocyte macrophage-colony stimulation factor

IDO: indoleamine 2,3-dioxygenase IFN: interferon

IL: interleukin

iLN: inguinal lymph node KO: knock out

LPS: lipopolysaccharide mDC: myeloid dendritic cell mLN: mesenteric lymph nodes MΦ: macrophage

NOD: nonobese diabetic

pDC: plasmacytoid dendritic cell PD-L1: programmed death ligand 1 pLN: pancreas draining lymph node

SCID: severe combined immunodeficiency SLE: systemic lupus erythematosus

T1D: Type 1 Diabetes T2D : Type 2 Diabetes

TGF: transforming growth factor TLR: toll-like receptor

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Le Diabète sucré

A l’inverse des plantes, les hommes – et plus généralement les métazoaires – tirent leur énergie de leur alimentation. Les glucides sont des sucres qui représentent la principale source d’énergie de l’organisme. Les différents sucres (i.e. galactose, fructose, ribose) vont être décomposés en glucose afin d’être utilisé par les cellules. Pour permettre un apport constant et stable d’énergie aux cellules de l’organisme, les métazoaires ont développé la caractéristique de pouvoir stocker le glucose. Ainsi, le glucose pourra être stocké à court terme sous forme de glycogène (dans le foie et les muscles) et à long terme sous forme de lipide (dans le tissu adipeux).

Ce mécanisme de stockage/libération du glucose fait intervenir deux hormones clé : le glucagon et l’insulinea. Ces hormones sont produites dans le pancréas au niveau des îlots pancréatiques. Le glucagon est produit par les cellules α et l’insuline par les cellules β. Lorsque la glycémie chute, les cellules α des îlots pancréatiques produisent du glucagon. Celui-ci va induire la libération du glucose stocké dans l’organisme via la glycogénolyse hépatique (conversion du glycogène en glucose) et la lipolyse. A l’inverse, lorsque la glycémie augmente, les cellules β produisent de l’insuline. Celle-ci induit le stockage du glucose via la glycogénogenèse (conversion du glucose en glycogène) et la lipogenèse.

Lorsque l’organisme perd sa capacité à stocker le glucose, l’hyperglycémie chronique va conduire à l’apparition du diabète sucré.

Le terme diabète est apparu au IIIème siècle av. JC, il provient du grec dia-baino qui signifie : passer au travers. Les médecins grecques de l’école d’Hippocrate de Cos ont observé que : “des malades étaient frappés d’une soif continuelle, et qu’ils semblaient uriner aussitôt ce qu’ils venaient de boire, comme s’ils étaient traversés par l’eau sans pouvoir la retenir ” [1]. Proxagoras de Cos, disciple d’Hippocrate, observa que parmi ces malades on pouvait en distinguer certains dont les urines était sucrées (diabète sucré ou diabète mellitus) et d’autres dont les urines n’avaient pas de goût (diabète insipide) [1].

Le diabète insipide est une maladie rare (1-9/1 000 000 en France en 2009) dont la cause est une anomalie dans la sécrétion ou la reconnaissance de l’hormone antidiurétique. A l’opposé, le diabète sucré (mot latin signifiant: bonbon de miel) comprend un large spectre de maladies

a

D’autres hormones peuvent aussi induire une libération de glucose lors d’un stress comme l’adrénaline et le cortisol.

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ayant pour conséquence une hyperglycémie chronique, résultant d’un défaut dans la sécrétion et/ou l’action de l’insuline.

L’hyperglycémie chronique affecte la fonction de différents organes et peut conduire à la cécité, l’insuffisance rénale ou l’amputation. De plus, l’hyperglycémie chronique augmente les risques d’accident cardiovasculaire et d’accident vasculaire cérébral.

En 2000, le diabète sucré touchait 2.8% de la population mondiale (171 millions de personnes). En 2030, il est estimé que 4.4% de la population mondiale sera atteinte par cette maladie (366 millions de personnes) (Figure 1) [2].

Figure 1. Prévalence du diabète sucré en 2000 et projection pour 2030 (millions de cas)

Données de Wild et al.[2]

Différentes formes de diabète sucré ont été répertoriées en fonction de leur étiologie. Les formes les plus répandues sont :

- Le diabète de type 1 (5-10% des cas de diabète sucré) [3] - Le diabète de type 2 (90-95% des cas de diabète sucré) [2] - Le diabète LADA (2-10% des cas de diabète sucré) [4]

- Le diabète gestationnel (7% des femmes enceintes) se caractérise par une intolérance au glucose due à la production d’hormones placentaires. Après la gestation, le diabète disparait [5].

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17

D’autres formes de diabète sucré ont des prévalences beaucoup plus rares.

- Les diabètes MODY (Maturity Onset type Diabetes of the Young). Maladies mono génétiques caractérisées par la mutation de certains gènes (i.e. IPF-1) (1/400 000) [6]. - Les diabètes secondaires à des maladies du pancréas (i.e. cancer du pancréas) ou du

foie (i.e. cirrhose, infection par l’Hépatite C). - Le diabète fulminant [7]

Durant ma thèse, nous nous sommes intéressés uniquement au diabète de type 1 et de type 2.

Diabète de type 1, diabète de type 2: différences et similarités.

- Le diabète de type 1 (T1D) est une maladie auto-immune se développant principalement chez l’enfant et l’adolescent. Les cellules immunitaires détruisent les cellules β du pancréas qui produisent l’insuline. En absence d’insuline, les cellules ne peuvent plus absorber le glucose afin de l’utiliser en énergie. Par conséquent, l’organisme met en place la cétogenèse. Ce processus énergétique va utiliser les graisses comme source d’énergie. Ce procédé va entrainer une perte de poids importante chez le patient. En absence de traitement, le déficit aigü en insuline conduit au coma puis à la mort. A partir de la détection des premiers signes de la maladie (présence d’auto-anticorps), le T1D se déclare en quelques mois ou plusieurs années suivant les individus (>20 ans) [8]. Actuellement, deux traitements existent : l’injection d’insuline et la greffe d’îlots pancréatiques. Les progrès dans le traitement et le suivi de la maladie ont permis d’augmenter l’espérance de vie des patients diabétiques. Avant la découverte de l’insuline, l’espérance de vie après apparition de la maladie était de quelques mois. En 2012, une étude a estimé à 4 ans la différence d’espérance de vie entre patients diabétiques (68.8 ans) et le reste de la population (73 ans) [9].

- Le diabète de type 2 (T2D) correspond à un déséquilibre métabolique se développant chez l’adulte. Le T2D se caractérise par une hyperglycémie chronique résultant d’une résistance à l’insuline et d’un défaut de sécrétion d’insuline par les cellules β du pancréas. La résistance à l’insuline correspond à un défaut de signalisation des récepteurs à l’insuline dans les cellules. Celle-ci va induire l’apparition d’une hyperglycémie chronique chez les individus pré-diabétiques. Afin de diminuer l’hyperglycémie, les cellules β du pancréas, vont augmenter leur capacité de production d’insuline. Lorsque l’expansion fonctionnelle des cellules β ne parvient plus à compenser l’hyperglycémie chronique, le T2D apparait. Au niveau des

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vaisseaux sanguins, l’hyperglycémie chronique conduit à un stress oxydatif puis à un dysfonctionnement de l’endothélium, qui se caractérise par une vasoconstriction, thrombose, inflammation, formation de plaques et lésions [10]. Sur l’organisme, ces défauts vont conduire à des complications macro-vasculaires (athérosclérose, amputation) et micro-vasculaires (rétinopathie, néphropathie, neuropathie). Suivant l’âge du diagnostic du T2D, l’espérance de vie des patients est réduite en moyenne de 5 à 8 ans [11, 12].

- Le diabète LADA (Latent Auto-immune Diabetes in Adult) présente des caractéristiques propres au T1D et T2D. Tout comme le T1D, le diabète LADA est une maladie auto-immune. Cependant, il apparait chez l’adulte comme le T2D. De plus les patients LADA peuvent présenter une résistance à l’insuline [13]. Des études génétiques ont montré que les patients atteints du diabète LADA présentent des similarités dans les facteurs de risques génétiques présents chez les patients atteints du T1D et T2D [14]. Cependant, dû à son origine auto-immune le diabète LADA est classé dans le T1D.

Diabète de type 1 Diabète de type 2

Apparition Enfant, adolescent

Adulte pour le diabète LADA

Adulte

Prévalence parmi les patients diabétiques 5-10% 90-95% Mécanismes Auto-immun : Destruction des cellules β Métabolique : Résistance à l’insuline Défaut fonctionnel des cellules β

Concordance entre jumeaux monozygote/dizygote

50% / 5-6% 80% / 20-30%

Facteurs de risques Génétiques*, environnementaux

Génétiques*, surpoids, régime alimentaire

Traitements -Injection d’insuline

-Greffe d’îlots pancréatiques

-Régime et activité physique

-Metformine

Table 2. Comparaison des caractéristiques associées au T1D et T2D.

*Les facteurs génétiques associés à ces maladies sont différents entre T1D et T2D. Table modifiée d’après Donath et al [15].

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Immunité innée et

diabète de type 1

Partie I

Introduction Le diabète de type 1

Chapitre 1 Rôle des lymphocytes iNKT17

Chapitre 2 Rôle des pDC, lymphocytes B-1a

et neutrophiles

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21

Le diabète de type 1

I-0.a Caractéristiques du T1D.

La présence de cellules immunitaires dans les îlots pancréatiques fut décrite dès 1925 [16]. Cependant, jusqu’en 1960, le T1D et T2D étaient reconnus comme une même maladie pouvant se déclarer chez l’enfant ou l’adulte. Willy Gepts fut le premier à décrire que l’insulite (infiltration de cellules immunitaires autour des l’îlots pancréatiques) était une caractéristique spécifique aux enfants diabétiques [17]. Cette découverte majeure a permis de poser les premières hypothèses concernant le rôle du système immunitaire dans le T1D. A partir des années 1980, la mise au point et l’optimisation de nouveaux procédés (immunohistochimie, cytométrie en flux, nouveaux anticorps, souris NOD) ont permis de caractériser cet infiltrat de cellules immunitaires. L’ensemble des études ont montré que les lymphocytes T CD4, T CD8, Treg, lymphocytes B, macrophages et cellules dendritiques infiltrent les îlots pancréatiques (Figure I-0.a) [18].

Chez l’homme, les lymphocytes T CD8 sont les cellules majoritaires autour de l’îlot pancréatique. Le pic de recrutement des lymphocytes T CD8 est étroitement associé avec le degré de destruction des cellules β. Ces lymphocytes T CD8 disparaissent une fois l’ensemble des cellules β détruites. L’effet cytotoxique des lymphocytes T sur les cellules β semble faire intervenir différents mécanismes : granzyme/perforine [19], récepteurs de mort [20] et des cytokines pro-inflammatoires (i.e. IFNγ, IL-1β). La présence de lymphocytes T CD8 est étroitement associée à une forte expression de la molécule du CMH de classe I (CMH I) par les cellules β du pancréas [21]. Les lymphocytes T CD4, lymphocytes B, macrophages et cellules dendritiques sont présents dans l’insulite. Cependant, leur nombre reste faible par rapport aux lymphocytes T CD8 [22, 23]. Les lymphocytes T régulateurs (Treg) et cellules NK ne sont que très rarement observés dans l’insulite des patients T1D [18, 24].

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Figure I-0.a. (A) Immunomarquage d’un pancréas de patient T1D. Cellules

immunitaires (CD45+) infiltrant l’îlots pancréatiques d’un patient T1D expriment des marqueurs membranaires spécifiques aux lymphocytes T CD4 (CD4+), CD8 (CD8+), régulateur (FOXP3+), lymphocytes B (CD20+) et macrophages (CD68+). Photographie publiée par Willcox et al [18]. (B) Lymphocytes T CD8 auto-réactifs dans l’îlot

pancréatique d’un patient T1D. Marquage tétramère des lymphocytes T auto-réactifs

contre les auto-antigènes IAA et IGRP. Photographie publiée par Coppieters et al [25].

L’analyse des peptides présentés par les molécules du CMH des patients T1D démontre que les lymphocytes T CD4 et CD8 observés dans l’insulite sont spécifiques pour des auto-antigènes de la cellule β : Insulinoma-associated Antigen-2 (I-A2), Glutamic Acid Decarboxylase 65 (GAD65) et Islet-specific Glucose-6-phosphatase catalytic subunit Related Protein (IGRP) (Figure I-0a) [26]. De même, les auto-anticorps présents chez les patients T1D sont spécifiques pour ces protéines.

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Dû à l’impossibilité de pratiquer des biopsies de pancréas chez l’homme, l’étude des modèles animaux a permis de mieux comprendre la maladie. De la même façon que chez l’homme, la souris NOD présente des prédispositions génétiques au développement du T1D. Il a été identifié différents locus de susceptibilité à la maladie. Parmi ces locus, on trouve des gènes codant pour des protéines intervenant directement dans la réponse auto-immune (i.e. CMH, CTLA-4, IL-2) [27]. Tout comme chez l’homme, les lymphocytes T auto-réactifs détruisent les cellules β du pancréas. L’infiltration des cellules immunitaires commence à partir de 4 semaines d’âge. L’insulite est constituée de macrophages, cellules dendritiques, lymphocytes B, lymphocytes T et NKT. L’apparition du T1D est observée à partir de 10 semaines d’âge. En raison des fortes homologies entre la maladie humaine et celle de cette souris, la souris NOD représente un très bon outil pour étudier les premières étapes du T1D.

Les premiers auto-antigènes vont être libérés suite à la mort physiologique des cellules β du pancréas [28]b. Cette mort cellulaire est un processus physiologique qui a été observé chez les rongeurs, le cochon et l’homme [29, 30]. Chez la souris NOD, cette vague de mort cellulaire se produit entre 14 et 17 jours après la naissance. A cette même période sont également détectés les premiers signes d’activation des lymphocytes T auto-réactifs.

Les lymphocytes T auto-réactifs, qui ont échappé à la sélection thymique ont besoin d’être activés par les auto-antigènes provenant de cellules β. Cette activation se produit dans les ganglions drainants du pancréas (pLN). Il a été montré que la mort physiologique des cellules β participe au recrutement de cellules dendritiques et de macrophages dans le pancréas [30]. Ces cellules vont capturer les auto-antigènes et migrer vers les pLN. Dans les pLN, ces cellules présentent les antigènes dérivés des cellules β aux lymphocytes T naïfs. Après activation, les lymphocytes T auto-réactifs migrent dans le pancréas et tuent les cellules β [30]. L’ablation des pLN chez la souris NOD a cette période conduit à une protection contre le développement du T1D [31].

L’ensemble des observations faites chez l’homme et la souris ont conduit à proposer le mécanisme suivant pour expliquer le développement du T1D chez l’homme:

Les lymphocytes T CD8 auto-réactifs sont les acteurs principaux dans la pathologie. Très précocement, ces cellules sont activées dans les pLN par les cellules dendritiques. Puis, les lymphocytes T CD8 vont infiltrer les îlots du pancréas. Les cellules β, par la présentation de peptides du soi par le CMH I, activent ces lymphocytes T CD8 qui tuent les cellules β par

b

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24

l’interaction Fas/Fas-L, la production de granzyme/perforine et la production de cytokines pro-inflammatoires. Une fois l’ensemble des cellules β détruites, les lymphocytes T CD8 partent du pancréas. Les macrophages présents dans l’insulite ont une fonction d’APC et produisent des cytokines pro-inflammatoires (i.e. TNF-α et IL-1β) qui favorisent l’expression de récepteurs induisant l’apoptose (i.e. Fas) sur les cellules β [22]. Les lymphocytes T CD4 permettent l’activation des lymphocytes B et T CD8 auto-réactifs, ils orchestrent la réponse auto-immune. Il est à noter que la fonction des lymphocytes B dans la pathologie du T1D reste floue. Il semblerait que ces cellules soient importantes pour la présentation antigénique et non pour leur production d’auto-anticorps.

Le rôle de l’immunité innée dans le T1D reste peu étudié. Nous avons décrit la fonction de ces cellules dans notre revue : Innate Immunity in Type 1 Diabetes (cf. partie revue) [32]. Durant ma thèse, nous nous sommes intéressés spécifiquement aux rôles des lymphocytes iNKT, neutrophiles, lymphocytes B-1 et pDC.

(30)

25

I-0.b Facteurs génétiques.

A partir de 1970, les gènes du HLA (Human Leukocyte Antigen) furent identifiés comme pouvant conférer une susceptibilité ou une résistance au T1D [33]. A partir des années 2000, l’apparition de nouveaux outils a permis la réalisation d’études génétiques sur un très grand nombre de patients. L’étude GWAS de 2009 (Genome-Wide Association Study) a comparé le génomec de 7500 patients T1D à 9000 sujets sains [34]. Cette étude a permis de confirmer et de révéler de nouveaux gènes de susceptibilité dans le T1D (Figure I-0b).

Figure I-0.b. Gènes de susceptibilité au T1D. Le Sibling relative risk (risque relatif

entre frère et sœur) se définit comme le ratio de manifestation d’une maladie, étant donné que son frère/sœur est affecté, comparé avec la fréquence de maladie dans la population générale. Si le ratio est égal à 1 pour un gène donné, celui-ci ne confère aucune susceptibilité à la maladie. A contrario, un ratio supérieur à 1 pour un gène confère une susceptibilité à la maladie. Graphique publié par Polychronakos et al [35]

La majorité des gènes de prédisposition au T1D codent pour des protéines intervenant directement dans la réponse immunitaire (i.e. HLA, IL2RA, CTLA4). Parmi les gènes présentant un risque relatif élevé, on retrouve :

- Les gènes du HLAd sont un ensemble de gènes (؄200). Parmi ces gènes, certains codent pour le CMH I (HLA-A, HLA-B, HLA-C) ou le CMH II (HLA-DP, HLA-DQ, HLA-DR). Dans la population, différents allèles existent pour chacun de ces gènes. Certains allèles du CMH tels que HLA-DR3, HLA-DR4 et HLA-A02 confèrent une susceptibilité au T1D. A l’opposé, l’allèle HLA-DR2 confère une protection contre le développement de la maladie. Les études génétiques ont démontré que les gènes du HLA sont les acteurs principaux de la prédisposition au T1D (Figure I-0.b1).

c

L’analyse porte sur les variants SNP (single-nucleotide polymorphism)

d

(31)

26

Figure I-0.b1. (A) Association entre T1D et HLA chez l’homme. Répartition des

différents allèles du HLA-DR (CMH II) chez des patients sains ou T1D.

(B) Le polymorphisme d’un acide aminé du HLA-DQ est associé à la résistance ou la susceptibilité au T1D.Rouge : Asparagine en position 57 de la chaine β, Violet :

Arginine en position 76 de la chaine α, Vert : liaison électrostatique, Jaune : Alanine.

Image issue de Janeway’s Immunobiology (7ème édition, figure 14.34 et figure 14.36)

Plusieurs hypothèses peuvent expliquer le rôle du HLA dans le T1D. La première explication est que les allèles du HLA prédisposant à la maladie présentent un certain répertoire de peptides du soi, qui favorise l’émergence d’un pool de lymphocytes T auto-réactifs. Une autre explication de l’implication du HLA dans l’auto-immunité a été déterminée par l’analyse de la structure de ces molécules par cristallographie [36, 37]. Ces analyses ont montré que les allèles du HLA-DQ8 conférant une susceptibilité à la maladie, sont associés avec le polymorphisme d’un acide aminé en position 57 de la chaine β du CMH II. Dans la population caucasienne, cet acide aminé en position 57 est une asparagine. Celle-ci interagit avec une arginine de la chaine α et permet ainsi de stabiliser la molécule du CMH II. Chez les patients diabétiques, l’acide aminé en position 57 peut être une valine, sérine ou alanine. Ces acides aminés n’interagissent pas avec l’arginine de la chaine α (Figure I-0.b). Par conséquent, la stabilité de la molécule du CMH II est altérée. Cette instabilité du HLA pourrait entrainer une moins bonne délétion des lymphocytes T auto-réactifs lors de la sélection thymique [38].

(32)

27

- L’insuline est l’antigène majeur dans le T1D. L’analyse de ce gène a montré que les variants génétiques conférant une prédisposition touchent la région promotrice de ce gène (VTNR Type I). L’expression de l’insuline dans le thymus est réduite chez les patients ayant le VTNR Type I [39]. D’après les études menées chez la souris, il est démontré que la faible expression de l’insuline dans le thymus conduit à un défaut d’élimination des lymphocytes T auto-réactifs pour l’insuline lors de la sélection thymique [40, 41].

- PTPN22 code pour une protéine de signalisation régulant négativement l’activation des lymphocytes via leur TCR ou BCR. Le rôle des différents variants de PTPN22 dans l’activation des lymphocytes T et B dans T1D reste contradictoire [42, 43].

- IL2RA code pour la chaine α du récepteur à l’IL-2 (CD25). IL-2Rα est exprimé sur les lymphocytes T après activation et sur les lymphocytes Treg. Les variants de IL2-Rα ne semblent pas jouer sur la fréquence des lymphocytes Treg mais sur leur fonction suppressive à l’encontre des lymphocytes T auto-réactifs [44].

- CTLA-4 code pour une protéine membranaire présente sur la surface des lymphocytes T. La reconnaissance des molécules B7-1 et B7-2 par CTLA-4 induit l’anergie des lymphocytes T via l’inhibition de la production d’IL-2 et l’arrêt du cycle cellulaire [45]. Par conséquent, un défaut dans l’expression de cette protéine peut favoriser l’augmentation du nombre de lymphocytes T auto-réactifs.

En conclusion, la génération de lymphocytes auto-réactifs est un phénomène naturel. Les gènes de susceptibilité au T1D conduisent à un défaut dans les mécanismes de tolérance immunitaire. Par conséquent, le pool de lymphocytes auto-réactifs s’expand et conduit à l’auto-immunité.

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28

I-0.c Facteurs environnementaux.

Il est estimé que les gênes du HLA peuvent contribuer pour approximativement 50% de la susceptibilité génétique au T1D. Les autres polymorphismes génétiques représentant les 50% restant (Figure I-0.1) [46]. Cependant, parmi la population, seulement une faible proportion des individus présentant une susceptibilité génétique au T1D va progresser vers la maladie. Les études de jumeaux monozygotes ont montré une concordance de 30% à 60% (suivant les études) dans le développement de la maladie [47, 48]. De même, les études de la population caucasienne en Europe montrent des différences importantes dans l’apparition du T1D entre pays. Ainsi, la Finlande présente une incidence de la maladie 20 fois plus élevée que la Macédoine (63/100 000 contre 3.2/100 000) [49]. De plus, alors que l’incidence du T1D augmente rapidement depuis les 15 dernières années, la fréquence des patients présentant des allèles de HLA à risques diminuent alors que la fréquence des patients présentant des allèles protecteurs du HLA augmentent (figure I-0.c). L’ensemble de ces observations montrent qu’à côté des facteurs génétiques, l’environnement a un impact important sur le développement de la maladie.

Figure I-0.c. (A) Distribution des allèles à risque ou protecteurs du HLA-DQ parmi les patients T1D entre 1939-1965 et 1990-2001. Figure modifiée d’après

Knip et al 2011 [49].

(B) Prévalence du T1D dans différentes régions du monde. Nombre de cas pour

100 000 personnes en fonction de l’année. Figure : www.jdrf.org

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29 Les infections viralese.

Dès 1926, l’hypothèse d’un lien entre diabète et infections virales a été proposée. Les modèles animaux ont montré que les virus pouvaient déclencher le diabète par deux mécanismes : un effet direct sur la destruction des cellules β et/ou l’activation du système immunitaire qui ensuite détruit les cellules β. Parmi les différents virus suspectés de jouer un rôle dans l’initiation de la maladie (i.e. rotavirus, myxovirusparoditis, rubivirus), les entérovirus ont été les plus étudiés [51].

Les entérovirus sont des virus à ARN appartenant à la famille des Picornaviridae. Ces virus infectent l’individu via le système gastro-intestinal. L’ensemble de la population est susceptible à l’infection par les entérovirus. La plupart du temps, ces infections sont bénignes ou asymptomatiques. Parmi les entérovirus, la classe virus Coxsackie a été impliquée dans l’apparition du diabète.

En 1969, pour la première fois un titre élevé d’anticorps contre l’entérovirus CVB4f fut observé chez les patients diabétiques, suggérant ainsi un lien entre l’infection virale et l’apparition de la maladie [52]. En 1971, une étude a suivi la fréquence de diabétiques parmi la population de l’île de Pribilof en Alaska. Les habitants de cette île avaient été victime d’une épidémie par l’entérovirus CVB4. Cinq année après l’infection, il fut observé aucun changement dans l’incidence du diabète [53]. En 2007, l’entérovirus CVB4 a été détecté dans les cellules β de certains patients diabétiques. De façon intéressante, les patients présentant cette infection virale présentaient un infiltrat pancréatique majoritairement composé de cellules NK. Les auteurs n’ont pas réussi à mettre en évidence la présence de lymphocytes T auto-réactifs [54]. Le développement des technique (détection d’auto-anticorps) et du suivit (large cohorte de patients) a permis de mettre en place des études sur le lien entre entérovirus et T1D chez l’homme. L’étude DIPP portant sur le suivit de plus de 500 enfants à risque a montré un lien entre infection virale par les entérovirus et apparition des premiers auto-anticorps [55]. Cependant les études BABYDIAB [56] et DAISY [57] portant respectivement sur 120 et 70 enfants à risque, n’ont montré aucun lien entre infection virale et apparition des premiers auto-anticorps. Toutefois, l’étude DAISY a mis en évidence que parmi les patients présentant des auto-anticorps, l’infection virale par CVB4 est un facteur favorisant l’apparition du T1D [58].

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Notre équipe a publié une revue très détaillée sur le rôle des infections virale dans le T1D.

50. Ghazarian L, Diana J, Simoni Y, Beaudoin L, Lehuen A. Prevention or acceleration of type 1 diabetes by

viruses. Cell Mol Life Sci 2013; 70:239-55.

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30 Alimentation.

Différents facteurs alimentaires semblent influencer le développement du T1D. Ainsi, l’allaitement, le lait de vache, les céréales, l’huile de foie de morue ou l’insuline bovine pourraient influencer le développement de la maladie. Cependant les études de cohortes montrent des résultats contradictoires sur l’effet de ces aliments dans l’apparition du T1D [46].

Vitamine D.

La vitamine D est une hormone synthétisée par l’organisme sous l’influence des UVBg. Cette hormone influence l’expression d’environ 200 gènes. Différentes études ont indiqué qu’un défaut en vitamine D chez l’enfant augmente les risques de développer le T1D. De ce fait, la faible exposition solaire en Finlande pourrait expliquer la forte prévalence de la maladie (figure I-0.c). Deux études finlandaises ont montré que la supplémentation en vitamine D par l’alimentation permet de diminuer les risques de développement de la maladie [59, 60]. Cependant, certains arguments contredisent le rôle de la déficience en vitamine D dans le T1D. La région de Karelia en Russie est frontalière et a la même latitude que la Finlande. Ces deux régions ont le même taux d’ensoleillement. Cependant l’incidence du T1D est 6 fois supérieure en Finlande (42/ 100 000 contre 7.8 /100 000 en Karelia) [61]. De plus l’étude portant sur la cohorte DAISY (2644 patients dont 198 devenus diabétiques) n’a montré aucune différence sur la concentration sanguine en vitamine D entre les enfants ayant développé le T1D et les sujets contrôles [62].

La flore bactérienne.

L’être humain est l’hôte d’environ 100 000 milliards de microorganismes [63]. Il est estimé que le tube digestif d’un adulte est colonisé par 1000 milliards de bactéries (soit dix fois plus que le nombre total de cellules dans notre corps). Cette flore bactérienne est composée d’environ 1000 espèces. Les phylums Bacteroides, Firmicutes et Archaea représentent 98% du nombre total des bactéries. Le tube digestif du fœtus est stérile. Après accouchement, la colonisation bactérienne commence. La composition de la flore intestinale est influencée par différents facteurs. Ainsi, le tube digestif d’un enfant né par césarienne sera colonisé par les bactéries présentes à la surface de la peau. Un enfant né par la voie naturelle sera colonisé par la flore vaginale et digestive de la mère. De ce fait, la flore intestinale se transmet de

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génération en génération. De plus, l’alimentation et le contact physique avec d’autres individus modifient cette flore intestinale.

La mise au point des techniques de séquençage de l’ADN a permis de mettre en évidence que la composition de la flore intestinale est différente entre les individus “sains” et les individus présentant des maladies telles que l’obésité [64], des syndromes métaboliques [65] ou une colite ulcéreuse [66].

Des études sur les modèles animaux montrent que, chez le rat BBh et la souris NOD, l’ingestion d’antibiotiques permet de prévenir l’apparition du T1D via la modulation de la flore intestinale [67, 68]. Cette protection semble être dépendante des bactéries SFB (Segmented Filamentous Bacteria) [69]. Le groupe de D. Mathis a montré que dans une même colonie de souris NOD, l’incidence du T1D chez les souris SFB négatives est significativement supérieures (90% à 30 semaines) aux souris SFB positives (20% à 30 semaines) [70]. Les souris SFB- et SFB+ ne montrent aucune différence dans l’insulite pancréatique. Le mécanisme d’action des SFB sur le T1D semble faire intervenir l’immunité mucosale et les réponses Th17 [70]. Myd88 est une molécule impliquée dans les voies de signalisation des TLR (récepteurs impliqués dans la reconnaissance des pathogènes). La souris NOD Myd88-/- possèdent une composition de la flore intestinale modifiée et ne développe pas de T1D. Cette observation indique que l’interaction entre flore bactérienne et immunité innée est importante dans l’apparition du T1D [71].

Chez l’homme, une augmentation de la perméabilité intestinale a été observée chez les patients T1D [72]. Cette perméabilité, due à un défaut dans les jonctions serrées, pourrait favoriser l’activation de l’immunité mucosale. Le lien entre l’immunité mucosale et l’auto-immunité reste flou [73]. L’étude du microbiome a montré que la flore bactérienne des enfants atteints du T1D diffère de celle des patients contrôles [74]. Il est toutefois à noter que l’ensemble de ces études utilisent des techniques différentes et portent sur un faible nombre de patients (sur les trois études, 20 patients T1D et 20 patients contrôles). De plus, certains paramètres ne sont pas pris en compte (accouchement par la voie naturelle/césarienne, alimentation). Dans le futur, l’analyse génétique du microbiome sur de grandes cohortes de patients (i.e. DAYSY, DIPP) permettra de confirmer ou d’infirmer le rôle de la flore intestinale dans l’apparition du T1D.

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En conclusion, en dépit du fait que les facteurs environnementaux jouent un rôle prépondérant dans l’apparition du T1D, l’ensemble des études n’ont pas permis de mettre en évidence un facteur environnemental impliqué dans le développement de la maladie.

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33

I-0.d La souris NOD : Un excellent modèle du T1D ?

Avant les années 1980, le T1D était induit chez les souris par l’injection de molécules toxiques (i.e. streptozotocine, alloxan). En 1980, fut décrit le premier modèle spontané de T1D chez la souris: la souris NOD (Non-Obese Diabetic mice). C’est en cherchant à produire des souris développant la cataracte, qu’un groupe de chercheurs japonais sélectionna cette souris [75]. L’utilisation de la souris NOD a permis de décrire les mécanismes cellulaires et moléculaires conduisant à la destruction des cellules β, d’étudier les causes potentielles de la maladie et de développer de nombreux traitements. Cependant, après 25 ans de recherche, aucune thérapie permettant de prévenir ou soigner le T1D n’a pu être transposée chez l’homme (i.e. anti-CD3, anti-IL-1β). Différents facteurs peuvent expliquer cet échec :

- Une première explication peut être les différences génétiques entre l’homme et la souris. Ces différences touchent le système immunitaire inné (i.e. fréquence en neutrophiles dans le sang, TLR) et adaptatif (i.e. molécules de co-stimulation, présentation antigénique) [76]. De plus, la différence homme/souris se retrouve au niveau de l’organisation tissulaire. Contrairement à l’homme, dans l’îlot pancréatique de la souris, les cellules α sont en périphérie et les cellules β au centre (Figure I-0.d).

Figure I-0.d. Différence d’organisation d’un îlot pancréatique chez la souris et l’homme. Rouge : Cellules β, Vert : Cellules α, Bleu : Cellules δ.

Figure modifiée d’après Cabrera et al [77]

- Une seconde explication réside dans les facteurs de risques génétiques au T1D. L’analyse des gènes de prédisposition à la maladie a montré d’importantes similitudes entre la souris NOD et les patients T1D (i.e. l’homologie de structure entre les molécules du CMH II prédisposant au T1D : HLA-DQ8 et I-Ag7) [38]. Cependant, certains gènes de prédisposition sont spécifiques à l’homme (i.e ifih1), d’autres à la souris (i.e vav3) [27].

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34

- Enfin, contrairement à la souris NOD, les patients T1D présentent une hétérogénéité au niveau génétique (i.e. HLA), du développement de la maladie (i.e. patients LADA), du répertoire T auto-réactif.

L’ensemble de ces facteurs aboutit au fait que le T1D chez la souris NOD présente beaucoup de similarités avec la maladie humaine mais aussi des différences.

Parmi ces différences, on trouve un ratio Homme:Femme différent. Celui-ci est de 1:1 pour l’humain et de 1:3 pour la souris NOD. Cette différence chez la souris semble faire intervenir la flore bactérienne et la testostérone [78]. L’implication des lymphocytes B dans la pathologie du T1D est différente chez la souris NOD et chez l’homme. Ces cellules sont indispensables au développement du T1D chez la souris. Chez l’homme, il a été rapporté l’apparition du T1D chez un patient déficient en lymphocyte B [79]. Cette étude prouve que les lymphocytes B ne sont pas indispensables pour l’apparition du T1D chez l’homme. Cependant, elle ne permet pas d’écarter un rôle délétère de ces cellules dans la pathologie. Les auto-antigènes impliqués dans le T1D présentent de nombreuses similarités entre l’homme et la souris (i.e. Insuline, GAD65, IGRP). Dû au polymorphisme du HLA chez les patients T1D, le répertoire antigénique des lymphocytes T auto-réactifs est différent d’un individu à un autre. Par conséquent, il est difficile de comparer le répertoire T entre homme et souris NOD. Cependant, il semble admis que les lymphocytes T CD8 auto-réactifs de la souris NOD reconnaissent majoritairement IGRP alors que chez l’homme, ces cellules reconnaissent l’insuline [26]. Comparer au répertoire T de la souris NOD, le spectre d’auto-antigènes reconnus par les lymphocytes T humains est plus important (i.e. amylin, Znt8, ICA69) [80]. De plus, les épitopes dominants reconnus par un lymphocyte T auto-réactif sont différents entre l’homme et la souris NOD pour une même protéine. Pour l’insuline, le peptide immunodominant est B:9-23 chez la souris NOD et PPI14-33 pour l’homme [80].

Les lymphocytes Treg sont des cellules immunosuppressives qui constituent un acteur majeur dans la tolérance périphérique. Ces cellules se caractérisent par l’expression du facteur de transcription FoxP3. Les patients IPEX (Immunodeficiency Polyendocrinopathy and Enteropathy X-Linked Syndrome), qui n’expriment pas la protéine FoxP3, n’ont pas de lymphocytes Treg. Ces patients développent de nombreuses maladies auto-immunes. Environ 60% des patient IPEX développent un T1D [81]. Cette observation met en lumière le rôle prépondérant des lymphocytes Treg dans le T1D. Il montre aussi que ces cellules ne sont pas l’unique acteur de la tolérance périphérique dans le T1D car tous les patients IPEX ne développent pas de diabète.

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Les études portant sur les lymphocytes Treg chez les patients T1D montrent des résultats contradictoires. Deux études observent un défaut fonctionnel des lymphocytes Treg dans le sang [44, 82], et dans les pLN [83] des patients T1D. Cependant, une autre étude n’a pas réussi à mettre en évidence un défaut numérique et fonctionnel des lymphocytes Treg chez les patients T1D [84]. Tout comme chez l’homme, certaines études montrent que la souris NOD présente un défaut en lymphocytes Treg [85, 86], d’autres études ne confirment pas ce résultat [87, 88]. En dépit du fait qu’il n’y ait pas de consensus sur un défaut numérique et/ou fonctionnel des lymphocytes Treg dans la pathologie du T1D, l’utilisation de la fonction immunosuppressive de ces cellules peut être utilisée pour le développement de traitement. Ainsi, le traitement de souris NOD avec l’anti-CD3 ou la rapamicyne stabilise et augmente la population de lymphocytes Treg. Ces traitements protègent la souris NOD du T1D [89, 90]. Les premiers essais cliniques avec l’anti-CD3 (teplizumab ou otelixizumab) ont montré une préservation du peptide C chez les patients T1D par rapport au groupe contrôle (le dosage du peptide C dans le sang permet de mesurer la fonction des cellules β)[91, 92]. Cependant, l’essai clinique de phase III avec teplizumab n’a pas permis de confirmer ce résultat [93]. Une autre différence importante est l’efficacité des traitements. Contrairement à l’homme ou aucune thérapie existe, plus de 195 thérapies protègent ou réduisent l’incidence du T1D chez la souris NOD [94].

L’ensemble de ces observations montre que l’utilisation de la souris NOD a des limites dans la compréhension du T1D. Cependant, son utilisation a été indispensable pour comprendre la pathologie du T1D. De plus, la souris NOD demeure un excellent outil pour étudier certaine phase de la maladie, tel que l’initiation, le rôle de la flore bactérienne ou des infections virales.

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Figure X. Comparaison des caractéristiques du T1D chez l’homme et la souris NOD

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Rôle des lymphocytes iNKT17

I-1.1a Les lymphocytes NKT.

En 1986, le groupe de M. Taniguchi clone et séquence une chaîne α invariante Vα14Jα18, exprimée par un hybridome T suppresseur [96]. En parallèle, B.J Fowlkes et R. Budd décrivent des thymocytes doubles négatifs (CD4- CD8-), dont le TCR se compose préférentiellement d’une chaîne Vβ8. Ces cellules sont des lymphocytes T CD3+ CD5high exprimant la molécule NK1.1, caractéristique des cellules NK, et la molécule CD44, retrouvée sur les cellules activées ou mémoires [97]. Tout d’abord identifiées dans le thymus, ces cellules sont ensuite détectées dans d’autres organes comme le foie et la moelle osseuse. L’intérêt des chercheurs pour cette nouvelle population grandit quand il fut découvert qu’elle pouvait produire simultanément de l’IL-4 et de l’IFNγ après stimulation [98, 99].

C’est en 1994 que O. Lantz et A. Bendelac révèlent que les hybridomes Vα14Jα18 et les thymocytes Vβ8 CD44high NK1.1+ sont une même population cellulaire, appelée NKT (Natural Killer T). Ils démontrent que ces lymphocytes sont sélectionnés positivement par une molécule non classique du CMH I: CD1d [100]. Une population homologue est découverte chez l’homme. Les lymphocytes NKT humains expriment une chaîne invariante Vα24-Jα18 [101].

Dans les années 1990, le terme NKT désigne une population de cellules T non conventionnelles, CD4+ ou DN, exprimant à leur surface des marqueurs de cellules activées (CD5high HSAlow CD44high CD69int CD62Llow), des molécules caractéristiques de cellules NK (NK1.1, Ly49, NKG2A, NKG2D), une chaîne α du TCR invariante (Vα14Jα18 chez la souris et Vα24-Jα18 chez l’homme) et une chaîne β peu diversifiée, ce TCR étant restreint par la molécule CD1d [102].

L’étude des cellules NKT qui expriment la chaîne α invariante Vα14Jα18, aussi dénommées iNKT (invariant NKT), a été facilitée par l’apparition d’outils spécifiques pour ces cellules : souris mutantes et transgéniques, découverte d’un ligand et construction d’un tétramère. En 2000, les équipes de M. Kronenberg et A. Bendelac ont tiré profit du fait que ces lymphocytes lient par le biais de leur TCR invariant, les glycolipides présentés par la molécule du CD1d. Ils ont construit un tétramère composé de quatre molécules CD1d associées au glycolipide α-GalCer et couplées à un fluorochrome [103].

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Ce tétramère a permis de mettre en évidence qu’une fraction des cellules iNKT n’exprime pas le marqueur NK1.1 et à l’inverse, certaines cellules TCR+ NK1.1+ ne fixent pas le tétramère CD1d/α-GalCer et n’expriment pas la chaîne Vα14Jα18.

Aujourd’hui, une nouvelle nomenclature est utilisée pour classer les cellules NKT : iNKT, NKT de type II et NKT-likei (Figure I-1.1a).

Dans la suite de l’introduction, nous nous intéressons uniquement aux lymphocytes iNKT.

Figure I-1.1a. Lymphocytes T et lymphocytes NKT. A la différence des lymphocytes

T conventionnels qui reconnaissent des peptides présentés par le CMH I ou CMH II (à gauche), les lymphocytes NKT expriment un TCR restreint par les molécules non classiques du CMH. Les lymphocytes iNKT et NKT de type II sont restreints par la molécule CD1d qui présente des glycolipides ou des sulfatides (au centre). Les lymphocytes NKT-like sont restreints par d’autres molécules non polymorphes comme CD1a, b, c ou MR1 (à droite). Figure d’après Ghazarian et al [105].

Chez l’homme, différentes sous-populations de cellules iNKT ont été identifiées, les lymphocytes iNKT CD4+ secrètent des cytokines de type Th1 et Th2 (IFNγ, TNF, 4, IL-10, IL-13) alors que les cellules iNKT CD8+ et DN secrètent des cytokines de type Th1 (IFNγ, TNF). Par contre, chez la souris, aucune observation similaire n’a été décrite [106]. En 2007, l’équipe de MC. Leite-de-Moraes a décrit une nouvelle population de cellules iNKT ayant la caractéristique fondamentale de secréter de l’IL-17 (iNKT-17). Cette population possède un phénotype CD4- NK1.1- CD103+ CCR6+ IL-23R+ et exprime le facteur de transcription RORγt. De plus, ces cellules ne possèdent pas le récepteur à l’IL-15, cette cytokine étant indispensable à la maturation des cellules iNKT classiques. Egalement, ces cellules peuvent secréter de l’IL-17 suite à l’engagement de leur TCR ou uniquement en présence d’IL-23. Ces deux stimuli induisent un effet synergique sur la sécrétion d’IL-17

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Une caractérisation détaillée des différentes sous-populations de cellules NKT est présente dans la revue 104. Simoni Y, Diana J, Ghazarian L, Beaudoin L, Lehuen A. Therapeutic manipulation of natural killer (NK) T cells in autoimmunity: are we close to reality? Clin Exp Immunol 2013; 171:8-19.(cf : partie Revue)

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[107-109]. Différentes études ont montré que les cellules iNKT-17 suivent une voie de différenciation thymique différente des cellules iNKT conventionnelles [106].

I-1.1b Les lymphocytes iNKT et le T1D.

Les lymphocytes NKT sont impliqués dans différentes pathologies auto-immunes. Nous avons fait une description détaillée de la fonction de ces cellules aussi que de leur rôle thérapeutique dans l’auto-immunité dans notre revue (cf. partie revue) [104].

Différentes études conduites sur la souris NOD ont montré que les cellules iNKT peuvent prévenir le développement du diabète de type 1. La souris NOD présente un déficit numérique en lymphocytes iNKT [110]. De plus, les souris NOD CD1d-/-, qui n’ont pas de lymphocytes NKT, ont un diabète accéléré [111]. Notre groupe a démontré que l’augmentation du nombre de iNKT par transfert adoptif [112, 113] ou via l’introduction du transgène Vα14Jα18 chez la souris NOD, protège les souris de l’apparition du diabète [113]. Les premières études ont suggéré que la protection par les cellules NKT était associée à une production d’IL-4 qui induisait un profil Th2 sur les lymphocytes T auto-réactifs [114-116]. Cependant, l’utilisation d’un modèle de diabète basé sur le transfert de cellules T diabétogènes, a montré que les cellules iNKT inhibent la prolifération et la différenciation des cellules T auto-réactives [117, 118]. Dans ce cas, les fonctions immuno-régulatrices des cellules iNKT ne font pas intervenir l’IL-4 mais plutôt des contacts cellulaires indépendants de la molécule CD1d [119, 120]. Le défaut d’activation des lymphocytes T, reflète la capacité des lymphocytes iNKT à recruter des cellules dendritiques tolérogènes [118, 121]. Chez l’homme, les études portant sur le rôle des lymphocytes iNKT montrent des résultats contradictoires. Une étude comparant des jumeaux monozygotes discordant pour l’apparition du T1D a observé une diminution de la fréquence en iNKT dans le sang des jumeaux diabétiques (analyse par PCR) [122]. Cependant, une étude utilisant la cytométrie en flux et le tétramère CD1d-αGalCer n’a montré aucune différence dans la fréquence en iNKT dans le sang des jumeaux discordants [123]. D’autres études portant sur des cohortes de patients, ont rapporté une fréquence plus faible ou plus forte des lymphocytes iNKT dans le sang des patients diabétiques [124, 125]. Il est à noter, que l’analyse de différentes souches de souris a montré que la fréquence sanguine en cellules iNKT n’avait pas de corrélation avec la fréquence de ces cellules dans les tissus [126]. Par conséquent, il semblerait plus indiqué d’étudier la présence de ces cellules dans les pLN et le pancréas de patients diabétiques (i.e. marquage en coupe sur pancréas).

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Récemment, une étude fonctionnelle a montré que les clones de cellules iNKT provenant des ganglions pancréatiques de patients diabétiques, présentent un défaut de production en IL-4 [127]. Ce résultat semble confirmer les premières observations faite sur la souris NOD, ou la fonction protectrice des iNKT était associé à leur production d’IL-4 [114-116].

Jusqu’à la publication de notre article [128], aucune étude ne s’était intéressée au rôle de la sous-population cellulaire iNKT-17 dans le développement du T1D.

I-1.1c IL-17 et diabète de type 1.

L’IL-17 est une interleukine impliquée dans de nombreuses maladies inflammatoires et auto-immunes. Essentielle dans la défense de l’hôte contre les infections, cette cytokine influence le développement de l’auto-immunité et joue un rôle ambivalent dans la réponse allergique. L’IL-17 fut identifiée en 1993 par E. Rouvier [129]. L’IL-17 ou IL-17A, fait partie d’une famille composée de six cytokines : IL-17A à IL-17F. La fixation de l’IL-17A à son récepteur induit une voie de transduction aboutissant à l’activation de facteurs de transcription tels que NF-κB et AP-1, qui conduisent à l’expression de cytokines pro-inflammatoires telles que l’IL-8 et l’IL-6 [130]. Dans un premier temps, il fut mis en évidence que l’IL-17 jouait un rôle dans le recrutement des neutrophiles via l’IL-8 (ou CXCL1/2 chez la souris) [131]. De nouvelles études montrent que l’IL-17 peut stimuler l’activité phagocytaire des macrophages [132] ou induire le recrutement de lymphocytes T CD4+[133]. Enfin l’IL-17 peut interagir fonctionnellement avec d’autres cytokines afin d’amplifier une réponse inflammatoire. Elle peut stimuler la sécrétion de TNFα et d’IL-1β par les monocytes et agir en synergie avec ces cytokines pour accroitre la libération de chimiokines (CXCL10, CXCL6) [134].

De multiples études chez la souris montrent le rôle pathogène des cellules sécrétrices d’IL-17 (Th17, lymphocytes Tγδ) dans des maladies auto-immunes telles que l’EAE ou l’arthrite. Les souris déficientes en IL-17 ou traitées avec un anticorps bloquant, présentent une inflammation réduite [135-137]. Le T1D étant l’une des maladies auto-immunes les plus étudiées, de nombreuses équipes ont recherché si cette cytokine pouvait avoir un rôle dans cette maladie. En 2008, H. Zaghouani montre dans un modèle thérapeutique de prévention du diabète, que les lymphocytes T Th17 favorisent la maladie à un stade avancé. La neutralisation de l’IL-17 avec un anticorps bloquant prévient totalement l’apparition du diabète [138]. En 2009, A. Cooke confirme en partie ces résultats en montrant que le transfert de lymphocytes T Th17 dans des souris NOD SCID induit un diabète. Cependant, la

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neutralisation de l’IL-17 ne prévient pas la maladie. Il apparait que les cellules Th17 injectées sont converties en Th1 et secrètent de grande quantité d’IFNγ [139]. En 2009, A. Shapiro montre, que le traitement de souris NOD par un anticorps bloquant l’IL-17 empêche l’apparition du diabète en diminuant la péri-insulite et en augmentant la fréquence des Treg dans les pLN [140].

L’ensemble de ces données nous a amené à nous intéresser au rôle des lymphocytes iNKT-17 dans la pathologie du T1D.

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I-1.2 Article.

Récemment, une nouvelle sous-population de cellules iNKT, qui produisent la cytokine pro-inflammatoire IL-17, a été identifiée (lymphocytes iNKT17). Cette cytokine ayant été impliquée dans plusieurs maladies auto-immunes, nous avons analysé la fréquence, le nombre absolu et le phénotype des cellules iNKT17 dans le pancréas et les organes lymphoïdes des souris NOD. Le rôle des cellules iNKT17 dans le développement du diabète a été étudié en utilisant des expériences de transfert.

Nous avons observé que dans les organes lymphoïdes, la souris NOD présente une fréquence et un nombre absolu plus élevés de lymphocytes iNKT17 par rapport aux souches de souris non auto-immunes. Les lymphocytes iNKT17 infiltrent le pancréas de la souris NOD, où ils expriment de l'ARNm codant pour l'IL-17. Les expériences de transfert adoptif des différentes sous-populations de lymphocytes iNKT ont montré, que contrairement au rôle protecteur des lymphocytes iNKT CD4+, la population de lymphocytes iNKT CD4- - qui contient les lymphocytes iNKT17- a un rôle délétère sur l’incidence du diabète. Le traitement des souris transférées avec les lymphocytes iNKT CD4- avec un anticorps bloquant l’action de l’IL-17 empêche l'aggravation de la maladie.

Cette étude révèle que les différentes sous-populations de lymphocytes iNKT jouent des rôles distincts dans la régulation du T1D. Les lymphocytes iNKT17, qui sont abondants chez la souris NOD, exacerbent le développement de la maladie.

Rôle ambivalent des lymphocytes iNKT dans le T1D.

La production d’IL-4 et d’IL-10 par les iNKT joue un rôle protecteur dans l’apparition du T1D.

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NOD mice contain an elevated frequency of iNKT17 cells

that exacerbate diabetes

Yannick Simoni1,2, Anne-Sophie Gautron1,2, Lucie Beaudoin1,2,

Linh-Chi Bui2,4, Marie-Laure Michel2,3, Xavier Coumoul2,4, Ge´rard Eberl5, Maria Leite-de-Moraes2,3and Agne`s Lehuen1,2

1INSERM U986, Hoˆpital Cochin/Saint-Vincent de Paul, Paris, France 2Universite´ Paris Descartes, Paris, France

3CNRS, Hoˆpital Necker, Paris, France

4INSERM UMR-S 747, Centre Universitaire des Saints-Pe`res, Paris, France 5Institut Pasteur, CNRS URA, Paris, France

Invariant natural killer T (iNKT) cells are a distinct lineage of innate-like T lymphocytes and converging studies in mouse models have demonstrated the protective role of iNKT cells in the development of type 1 diabetes. Recently, a new subset of iNKT cells, producing high levels of the pro-inflammatory cytokine IL-17, has been identified (iNKT17 cells). Since this cytokine has been implicated in several autoimmune diseases, we have analyzed iNKT17 cell frequency, absolute number and phenotypes in the pancreas and lymphoid organs in non-obese diabetic (NOD) mice. The role of iNKT17 cells in the development of diabetes was investigated using transfer experiments. NOD mice exhibit a higher frequency and absolute number of iNKT17 cells in the lymphoid organs as compared with C57BL/6 mice. iNKT17 cells infiltrate the pancreas of NOD mice where they express IL-17 mRNA. Contrary to the protective role of CD41iNKT cells, the CD4ÿiNKT cell population, which contains iNKT17

cells, enhances the incidence of diabetes. Treatment with a blocking anti-IL-17 antibody prevents the exacerbation of the disease. This study reveals that different iNKT cell subsets play distinct roles in the regulation of type 1 diabetes and iNKT17 cells, which are abundant in NOD mice, exacerbate diabetes development.

Key words: Autoimmunity . Diabetes . IL-17 . iNKT . NOD

Supporting Information available online

Introduction

Invariant natural killer T (iNKT) cells represent a distinct lineage of T cells that co-express a highly conserved ab T-cell receptor TCR along with typical surface receptors for natural killer cells.

The invariant TCRa chain of iNKT cells is encoded by Va24-Ja18 gene-segments in humans and Va14-Ja18 gene-segments in mice. The TCRb chain is also strongly biased, encoded by Vb11 gene-segment in humans and Vb8.2, Vb7 and Vb2 gene-gene-segments in mice. These lymphocytes recognize both self and microbial glycolipid antigens presented by the non-classical class I molecule CD1d. iNKT cells are characterized by their capacity to produce

These authors contributed equally in this work.

Correspondence:Dr. Agne`s Lehuen e-mail: agnes.lehuen@inserm.fr

&2011 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim www.eji-journal.eu

DOI 10.1002/eji.201141751 Eur. J. Immunol. 2011. 41: 3574–3585

Yannick Simoni et al.

Figure

Table 2. Comparaison des caractéristiques associées au T1D et T2D.
Figure  I-0.b.  Gènes  de  susceptibilité  au  T1D.  Le  Sibling  relative  risk  (risque  relatif
Figure I-0.c. (A) Distribution des allèles à risque ou protecteurs du HLA-DQ  parmi les patients T1D entre 1939-1965 et 1990-2001
Figure I-0.d. Différence d’organisation d’un îlot pancréatique chez la souris et  l’homme
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